毕业论文
基于PLC的中央空调控制系统
摘要
Ⅰ
中央空调系统是大型建筑物不可缺少的配套设施之一，其电能的消耗非常大。由变频器、PLC构成的控制系统应用在中央空调的冷却水泵和冷凝水泵的节能改造中，使冷却水泵和冷冻水泵能随空调负荷的变化而自动变速运行，达到显著节能效果。本文介绍了中央空调的主要组成，分类以及工作原理;介绍了中央空调的控制技术的特点、结构和类型; 分析了中央空调的控制要求，给出了其设计流程图，编写了PLC 梯形图，设计中央空调的PLC 控制系统，并进行调试运行。随着变频技术的日益成熟，利用变频器、PLC、数模转换模块、温度传感器、温度模块等器件的有机结合，构成温差闭环自动控制系统，自动调节水泵的输出流量，达到节能目的提供了可靠的技术条件。
关键词：中央空凋；变频器；PLC
ABSTRACT
The central air conditioning system is a large building，one of the indispensable facilities，its power consumption is very heavy．By the frequency converter，PLC control system composed of the central air conditioning cooling water pump and Condensate pump energy-saving，allowing the cooling water pump and Condensate pump can cope with changes in air conditioning load of the automatic transmission operation，to achieve significant energy savings. This paper mainly introduces the main composition of central air-conditioning,classification and working principle.It introduces the control technology of central air conditioning the characteristics, structure and type. Itanalyzes the central air conditioning control requirements, gives the design flow chart, write PLC ladder diagram, the design of central air-conditioning and PLC control system, test and operation.With the fast maturity of Frequency Conversion Technology, using organic combination of inverter, PLC, digital analog conversion module, temperature sensor and temperature module to thermoelectric closed-loop automatic control technology which can adjust output flow rate automatically to save energy.
Key words：central air conditioning； convener；PLC；
目录
摘要 (Ⅰ)
ABSTRACT (Ⅱ)
前言 (Ⅴ)
第一章、绪论
1.1中央空调系统简介 (1)
1.2、中央空调原理图及各结构的作用 (5)
1.3、空调控制系统国内外研究现状 (8)
1.4、中央空调控制系统设计中的一般控制方法和技术……………………………………………………………
第二章、中央空调控制系统的设计
2.1、基于PLC的控制系统设计方案 (9)
2.2、中央空调变频调速系统的控制依据 (11)
2.3、中央空调使用PlC、变频器的总体方案设计 (19)
2.3.1、总体控制原理 (19)
2.3.2、冷冻水泵和冷却水泵控制原理 (21)
2.2.3、变频器变频调速 (23)
2.4、PLC，变频器的I/O分配及系统外部接线 (36)
第三章、软件设计
3.1、系统软件开发环境介绍 (39)
3.2、系统软件开发语言介绍 (41)
3.3、系统软件设计主流程图 (44)
3.4、按键模块程序设计 (46)
3.5、红外线接收部分程序设计 (48)
3.6、串口通讯部分程序设计 (50)
3.7、游戏界面程序设计（VB程序设计） (52)
第四章、设计心得 (56)
参考文献 (58)
致谢 (59)
附录
附录一元器件清单 (60)
附录二系统硬件原理图 (61)
附录三系统硬件PCB图 (62)
附录四硬件实物图................................................. (63)
附录五游戏实物图 (64)
前言
在传统的中央空调系统中，冷冻水、冷却水循环用电约占系统用
电的12％“14％，并且在冷冻主机低负荷运行中，其耗电更为明显，冷冻水、冷却水循环用电约达30％’40％。因此对冷冻水、冷却水循环系统的能量自动控制是中央空调节能改造的重要组成部分。本文着重介绍PL C、变频器在冷却水泵节能循环方面的应用。中央空调采用变频调速技术，使电机在很宽范围内平滑调速，可将所有节流阀去掉，使管道畅通，可免去节流损耗。通过改变电机转速而改变水的流速，从而改变水的流量，达到制冷机的正常工作要求和平衡热负荷所需冷量要求，从而达到节能的目的。电机的变频调速系统是由PLC控制器进行切换和控制的。中央空调系统在设计时是按实际最大制冷需求量来考虑的，其冷却泵、冷冻泵按单台设备的最大工况来考虑，而在实际使用中有90％多的时间，冷却泵、冷冻泵都工作在非满载状态下。以往通常用阀门、自动阀调节冷却水、冷冻水的流量和速度达到调节环境温度的目的，这不仅增大了系统节流损失，而且由于对空调的调节是阶段性的，造成整个空调系统工作在波动状态。而在冷却泵、冷冻泵上加装变频器实现变频节能，则是一劳永逸解决问题的办法。利用变频器的软启动功能及平滑调速的特点可实现对系统的平稳调节，使系统工作状态稳定，并延长机组及网管的使用寿命。
本文讨论利用PLC 自身可靠性高的优点实现对中央空调变频调速系
统的高精度控制的一种方案。同时，通过触摸屏和PLC 结合使用，利用触摸屏强大的人机交互功能，对中央空调系统的运行状况进行实时监控。
通过变频控制调节，中央空调系统的水、风系统耗电水平可降低30%~60%，主机系统可节电10%以上，总体系统节电可达40%左右。因此中央空调用户应用变频节能控制系统不仅有着良好的直接经济收益，还能达到节约能源消耗，有利于环境保护的社会效益。
第一章绪论
1.1 中央空调系统简介
中央空调概念: 空气调节(简称空调) ，就是把经过一定处理后的空气，以一定的方式送入室内，使室内空气的温度、相对湿度、清洁度和流动速度等控制在适当的范围内以满足生活舒适和生产工艺需要的一种专门技术。中央空调系统是由一台主机(或一套制冷系统或供风系统)通过风道送风或冷热水源带动多个末端方式来达到室内空气调节的目的的空调系统。
1.2、中央空调原理图及各结构的作用
中央空调结构原理图
如图，中央空调系统主要由以下几部份组成：
（1）冷冻机组
1.这是中央空调的“制冷源”，通往各个房间的循环水由冷冻机组进行“内部热交换”，降温为“冷冻水”。
2．冷却水塔用于为冷冻机组提供“冷却水”；
3．“外部热交换”系统由两个循环水系统组成；
（1）冷冻水循环系统
由冷冻泵及冷冻水管道组成。从冷冻机组流出的冷冻水由冷冻泵加压送入冷冻水管道，在各房间内进行热交换，带走房间热量，使房间内的温度下降。
从冷冻机组流出、进入房间的冷冻水简称为“出水”：流经所有的房间后回到冷冻机组的冷冻水简称为“回水”。
（2）冷却水循环系统
由冷冻泵、冷却水管道及冷却塔组成。冷冻机组进行热交换，使水温冷却的同时，必将释放大量的热量。该热量被冷却水吸收，使冷却水温度升高。冷却泵将升了温的冷却水压入冷却塔，使之在冷却塔与大气进行热交换，然后在将降了温的冷却水，送回到冷却机组。如此不断循环，带走了冷冻机组释放的热量。
流进冷冻机组的冷却水简称为“进水”；从冷冻机组流回冷却塔的冷却水简称为“回水”。
4．冷却风机有两种：
（1）室内风机
安装于所有需要降温的房间内，用于将由冷冻水冷却了的冷空气吹入房间，加速房间内的热交换。
（2）冷却塔风机
用于降低冷却塔中的水温，加速将“回水”带回的热量散发到大气中去。
可以看出，中央空调系统是工作过程室一个不断地进行热交换的能量转换过程。在这里，冷冻水和冷却水循环系统是能量的主要传递者。因此，对冷冻水和冷却水循环系统的控制便是中央空调控制系统的重要组成部份。
1.3、空调控制系统国内外研究现状
伴随着计算机控制技术的发展，世界上HVAC 系统的控制从五十年代就开始采用气动仪表控制系统，六十年代改进为电动单元组合仪表，七十年代采用小型专用微型计算机进行集中式控制，直到1984 年，美国哈特福德市第一栋采用微型计算机集散式控制系统大厦的出现，标志着智能建筑时代的开始。集散式(即集中管理、分散控制) 自控系统，目前技术趋于成熟，主要技术特征是采用了DDC ( Direct Digital Control ) 。作为控制系统中的主要单元控制器，目前国内外主要采用的是常规PLC 的PID 控制，因其控制简单，实用，成本低、技术成熟，易于实现，参数调整方便，并且具有一定的鲁棒性，在空气调节中的应用比较广泛。
1982 年Shavit 和Brandt 等对由控制阀门和执行器实现温度和湿度控制的不同特性做了研究。1984 年Shavit 和Brandt 对PID 控制的废气温度控制系统的单位阶跃响应做了仿真研究。1995 年Kalman 等人将PID 控制用于压缩机和蒸发器的电极速度调节，以实现制冷去湿，并建立了系统的数学模型以及PID 算法的三个参数的解析整定方法，同时给出了系统的两种控制策略。实际上，现在大多数空调都是采用PID 控制。虽然PID 控制在空气调节中广泛使用，但是由于PID 算法只有在系统模型参数不随时间变化的情况下
才取得理想效果。当一个己经调整好参数的PID控制器被应用于另外一个具有不同模型参数的系统时，系统的性能就会变差，甚至不稳定。再加上空调系统高度::11二线性以及温湿度之间的强梢合关系，研究者们又转向了其他高级控制方法，如最优控制、自适应控制、模糊控制及神经网络控制。
智能控制与传统的PID 控制相比，它不完全或不依赖于被控对象的精确数学模型，同时具有自寻优特点。并且在整个控制过程中，计算机在线获取信息和实时处理并给出控制决策。通过不断的优化参数和寻找控制器的最佳结构形式。以获取整体最优控制性能。由于空调系统是一个大滞后、多干扰、大惯性的系统，获取它的精确模型很困难，所以智能控制器成为中央空调系统中研究的热点。1985 年日本" 三菱童工" 就开发出了以温度恒定为目标的模糊变频空调控制器。香港的Albert.R.So 等人于1 994 年开发出空调机组的热舒适性模糊逻辑控制器。同年，香港的S.Huang 和美国的Nelso 对基于规则的模糊逻辑控制在空调系统的应用做了实验研究，给出了建立和校正模糊控制规则的策略，并分析了控制器的多阶继电器特性。1999 年Kasahara 等设计了自适应PID 控制器，此控制器可以应用于被控模型不太精确的场所。Ghi aus 则证明了热交换过程这一非线性过程可以用模糊控制来较好的实现，并且可以克服PID 控制过程出现的超调。国内学者对智能控制在空调中的应用研究成果也有很多。吴爱国等研究了参数自寻优模糊控制器在中央空调温度控制系统中的应用，该控制器在综合输入的的比例因子和输出的比例因子对系统中央空调控制系统的影响后，采用了在输入的比例因子后加入加权因子的方法，优化了控制效果，同时很多文献也给出了广义预测控制、神经网络控制在空调系统中的应用。采用空调负荷预测作为优化控制的手段，张韬等对自回归平均法在空调系统中的应用进行了分析和研究，并在此基础上就如何提高预测算法的准确性和实用性提出了一些想法，该方法可以实现空调系统的在线识别和预测，但其预测结果的精度还不太理想，所以还有待改进。
综上可知，智能控制是今后控制界发展的必然趋势，随着计算机技术和智能控制理论的发展，智能控制必将在空调系统中得到广泛的应用。
1.4、中央空调控制系统设计中的一般控制方法和技术
控制方法
1．模糊控制
模糊控制是近年来发展最快的一项控制技术，已成功地应用于各种各样的控制系统中。因为引入了人类的逻辑思维方式，使得模糊控制器具有一定的自适应控制能力，较强的鲁棒性和稳定性，因而特别
适用于难以用精确数学模型表示的实际系统。
模糊控制的核心是模糊控制器，它是按照人的实际操作经验通过模糊算法模仿人的操作策略，实现以机器代替人的生产过程的自动控制设备。实质上反映的是输入语言变量和输出语言变量以及语言规则的模糊定量关系和算法结构。
2．神经网络控制
神经网络是模仿人脑神经系统，它是以一种简单计算——处理单元(神经元) 为节点，采用某种网络拓扑结构构成的活动网络，能从微观结构和性能上对人脑抽象、简化，反映人脑功能的信息处理、学习、联想、模式分类、记忆等若干基本特征。神经网络在控制领域中的应用主要有两种，一是用于系统建模，二是用于构造控制器。
神经网络控制对环境变化具有极强的自学习能力的优点，可以引入设计者的经验，对非线性对象以及时变参数对象都可以取得较好的控制效果，具有较好的鲁棒性。
3．PID控制
目前在空调控制系统中采用最多的依然是PID控制，这种方法简单，便于实现，但参数整定较为困难，在实际中我们往往是根据经验来手动设定空调对象的特性参数，且一组整定的参数只能在较少的控制范围内有较好的控制效果，这样往往设定的参数并不完全符合实际工程所需的对象特性参数，PID控制对这类对象的控制效果并不理想。
控制技术
中央空调系统的控制有3 种控制方式:早期的继电器控制系统、直接数字式控制器DDC 以及PLC(可编程序控制器)控制系统。继电器控制系统由于故|璋率高，系统复杂，功耗高等明显的缺点己逐渐被人们所淘汰，直接数字式控制器DDC 虽然在智能化方面有了很大的发展。但由于DDC 其本身的抗干扰能力问题和分级分步式结构的局限性而限制了其应用范围。相反， PLC 控制系统以其运行可靠、使用与维护均很方便，抗干扰能力强，适合新型高速网络结构这些显著的优点使其逐步得到广泛的应用。
中央空调控制系统是由变频器、温度传感器、压力传感器、露点温度传感器、烟雾侦测器、室内静压传感器、滤网压差开关、风机压差开关、外气温湿度传感器、可编程控制器( PLC ) 以及人机界面等几部分组成。它根据空调系统需要控制部位的参数(如冷却水温度等)，由PLC 来控制调整冷却水电机、冷冻水电机等机组动力单元的运行状态，在精确进行温度控制的同时，大幅度的节约了电能。自动控制理论通过传递函数的数学描述，以根轨迹法和频率法作为分析和综合系统的基本方法求解不同生产过程的PID 经典控制理论，发展到目前更高级的智能控制。现代自动控制技术使空调控制技术由
1.绪论 随着生活水平的提高，人们对物质生活的要求也逐渐提高，空调系统在建筑家具中的应用也越来越广泛。本着节能降耗的要求，对空调监控系统的需求也越来越大。北京亚控科技产品组态王软件和PLC（Programmable Logic Controller）作为工业控制领域的优秀控制软件和控制器，在非工业领域如空调监控系统等中也起着重要作用。本次空调监控系统就是采用组态王作为上位机监控软件和人机交互界面，PLC作为下位机和空调系统控制器，实现对空调系统的实时监控。 2.系统设计原理 空调监控系统主要利用PLC的控制功能，通过执行装载在PLC内部的预先设定的控制程序并执行上位机实时的命令语句，调节空调系统中的阀门开度、控制水泵启停、监控并采集空调系统中温度传感器、湿度传感器、压力传感器、水流开关等现场仪器仪表的数据，转换为组态王可用的数据格式传送给组态王软件。组态王接收PLC采集的现场数据并实时的在组态画面中动态实时显示，此外，组态王可接收组态画面中的有操作人员输入的命令并下传给下位机PLC，实现对空调系统的调节控制。 2.1.空调系统原理 空调系统主要就是调节室内空气的冷、热、干、湿，并起净化空气的作用，使人们工作、生活在比较舒适的环境中。空调系统主要由三部分组成：空气调节系统、制冷系统、供热系统。 2.1.1空气调节系统监控原理 A.新风机组监控原理 新风机组主要靠包括进口挡板、加热器、表冷器、过滤器、加湿器、送风机及各种传感器和执行机构等。使得在夏季通过表冷器湿新风降温、除湿，冬季通过加热器、加湿器使空气加热、加湿。新风机组监控的主要内容如下： （1）监控送风温度。由送风通道的温度传感器实测送风温度，信号送入控制器，与送风温度设定值进行比较，采取控制算法生成控制指令调节冷、热水供水阀门开度，用以调节热水（或冷水）流量，是送风温度控制在设定值范围内，保持室内温度恒定。 （2）送风湿度控制。由送风通道的湿度传感器检测湿度信息送入处理器经运算后控制冷水阀或蒸汽阀开度，使被调环境的湿度保持恒定。 （3）过滤器堵塞监控与报警。有过滤网两侧的空气压差开关监视过滤网的清洁度，当
哈尔滨理工大学毕业设计 题目：基于PLC的中央空调控制系统设计院、系：自动化学院自动化系 姓名： 指导教师： 系主任： 2012年06月25 日
哈尔滨理工大学毕业设计(论文)任务书 学生姓名：学号： 学院：自动化学院专业：自动化 任务起止时间：2012 年 2 月27 日至2012 年 6 月25 日 毕业设计(论文)题目： 基于PLC的中央空调控制系统设计 毕业设计工作内容： 1．第1～2周，查阅相关资料并翻译外文资料； 2．第3～4周，了解课题目前在国内外的研究现状、发展趋势，确定中央空调所要实现的功能和了解整个系统的结构框架； 3．第5～8周，进一步了解中央空调的所要实现的具体功能，确定系统中所要用到的原器件，并进行最初的硬件电路的设计，为软件编程做准备； 4．第9～11周，学习PLC程序的设计与开发，确定最终的硬件电路的设计； 5．第12～13周，编写PLC程序，并和硬件一起进行程序调试，来检查程序的可行性； 6．第14～15周，修改必要的程序部分来完善系统，并书写论文的初稿；7．第16～17周，修改并完成书面论文，准备答辩。 资料： 1.王卫兵，高俊山. 可编程控制器原理及应用.第二版.机械工业出版社，2005 2.任光.可编程序控制器(PC)应用技术与实例.华南理工大学出版社，2001 3.汤蕴缪，史乃. 电机学.机械工业出版社，1999 4.康贤永，万大福. 可编程控制器及其应用. 重庆大学出版社，1998 5.梅晓榕，柏桂珍. 自动控制元件及线路. 科学出版社，2005 6.刘金琨. 先进PID控制Matlab仿真(第二版). 电子工业出版社，2004 指导教师意见： 签名： 年月日系主任意见： 签名： 年月日 教务处制表
基于PLC的中央空调节能控制系统研究 摘要：人们对生活环境的舒适度要求提高，中央空调控制系统得到广泛应用。 中央空调控制系统的运行中，虽然能满足用户的需求，但是，能源消耗量大，导 致资源浪费。采用中央空调节能控制系统，其中PLC发挥着重要的能源控制作用，可以获得能源节约的效果，且保证其功能性充分发挥。本论文基于PLC的中央空 调节能控制系统展开研究。 关键词：PLC；中央空调；节能控制系统；研究 引言： 中央空调监控系统提升了室内环境的舒适度，但是能源消耗量比较大。国家 倡导节能减排，中央空调监控系统要符合国家发展战略，就要重视系统的节能设 计工作。在中央空调监控系统的设计中积极引进新技术，以对能源有效控制。设 计中央空调监控系统的过程中采用节能技术，发挥PLC的控制作用，对中央空调 监控系统运行中的耗能情况实时自动监测，实现智能化控制，对能源消耗可以起 到一定的控制作用[1]。当前，中央空调节能控制系统已经在智能建筑中安装并发 挥着室内温湿度调节的作用，不仅自动化程度高，而且能够自动监测，对能源自 动控制，使得系统的能源消耗量降低，降低了运行成本。随着科学技术的发展， 中央空调节能控制系统的智能化控制中发挥PLC的作用，与变频技术相结合，当 中央空调节能控制系统运行中，频率不同，实际负荷也会出现变化，在符合负荷 要求的前提下，消耗的能源得到有效控制，由此降低了中央空调的运行成本。 一、中央空调节能控制系统的总体设计方案 中央空调节能控制系统的设计中。应用PLC，结合使用变频器，对中央空调 节能控制系统的机组设备进行控制，采用手动控制与自动控制相结合[2]。在空调 系统以及操作站的设计上，包括温度的控制以及湿度的控制都要满足要求。在中 央空调节能控制系统的自动控制系统的设计中，安装变频控制系统和温度测量仪表，对系统的运行状况做出调整，系统的控制功能、报警功能等等都能够得到有 效调整。 从中央空调节能控制系统的构成上来看，为功能设备构成的闭环自动控制系统，构成设备包括PLC、主接触器、温度检测装置、变频器以及水泵机组。在整 个的控制系统中，PLC是主要的控制机构。将变频器连接到各个空调机组上，实 时对系统运行状况现场检测，之后将检测获得的温度信号通过变送器和转换器传 输给PLC，经过运算之后，将结果传输给变频器[3]。在变频器的作用下，频率发 生了改变，控制泵的运行速度发生变化，由此温度得到有效控制。（图1：将 PLC与变频器连接设计图） 图1：将PLC与变频器连接设计图 二、中央空调节能控制系统的硬件设计 中央空调节能控制系统的硬件设计中，要重视变频器的选择，PLC 的型号要 符合要求，相关硬件的选择上要与系统安装的其他装置相匹配。在对系统的设计中，交流电动机要处于额定电压和额定频率下运行，包括电功率以及输出转矩都 符合额定值[4]。设计控制系统的过程中，采用变频调速系统，供电频率就会出现 变化，电机的转矩以及输出功率也会有所变化。变频器的选择过程中，从系统应 用的场合选择变频器，还要对电动机的容量充分考虑。 变频调速控制系统中，PLC是重要的部分。变频器与空调系统的各个组件之
摘要 中央空调系统已广泛应用于工业与民用领域，在宾馆、酒店、写字楼、商场、住院部大楼、工业厂房中的中央空调系统，其制冷压缩机组、冷冻循环水系统、冷却循环水系统、冷却塔风机系统等的容量大多是按照建筑物最大制冷、制热负荷选定的，且再留有充足余量。在没有使用具备负载随动调节特性的控制系统中，无论季节、昼夜和用户负荷的怎样变化，各电机都长期固定在工频状态下全速运行，能量的浪费是显而易见的。近年来由于电价的不断上涨，造成中央空调系统运行费用急剧上升，致使它在整个大厦营运成本费用中占据越来越大的比例，加之目前各生产、服务业竞争激烈，多数企业利润空间不够理想。因此电能费用的控制显然已经成为经营管理者所关注的问题所在。随着负荷变化而自动调节变化的变流量变频空调水系统和自适应智能负荷调节的压缩机系统应运而生，并逐渐显示其巨大的优越性，而且得到越来越多的被广泛推广与应用。随着PLC技术和变频器的发展，采用变频调速技术不仅能使空调系统发挥更加理想的工作状态，还能节省不必要的电能和水资源的浪费。 本文采用三菱PLC控制系统设计中央空调的控制系统，因为采用PLC控制系统对中央空调的操控很简单，抗干扰能力强，输入和输出接口，运行速度快，稳定可靠，维护和维修方便，此外，该中央空调控制系统具有高可靠性，低功耗，长寿命，良好的环境适应性，适用于中央空调的开发，以及中央空调利润也很高，从而使PLC的机可以得到更好的发展，因此，本次的基于PLC的中央空调控制系统的设计在某种程度上面来说具有重大的经济和社会意义。 关键词：中央空调资源 PLC 意义
Abstract With development of all kind of science technology and global economy, Pneumatic manipulator is a automated devices that can mimic the human hand and arm movements to do something，aslo can according to a fixed procedure to moving objects or control tools. It can replace the heavy labor in order to achieve the production mechanization and automation, and can work in dangerous working environments to protect the personal safety.Therefore widely used in machine building, metallurgy, electronics, light industry and atomic energy sectors.The pneumatic part of the design is primarily to reasonablepneumatiatcompressedneceengththdirectionprocedurework.The inver ted pendulum is a typical high order system, with multi variable, non-linear, st rong-coupling, fleet and absolutely instable. It is representative as an ideal mod el to prove new control theory and techniques. During the control process, pend ulum can effectively reflect many key problems such as equanimity, robust, foll ow-up and track, therefore. This paper use Plc control method of double inverted pendulum .This several test matrix value the results are not satisfactory response, then we opti mize matrix by using Genetic Algorithm. Simulation results show: The system response can meet the design requirements effectively after Genetic Algorithm optimization. Small twisted paper broken machine for ordinarhome. Keywords：sewingmachine, assembly,Plc,meaning
基于PLC的中央空调水泵变频调速系统设计 摘要 本文针对中央空调的节能问题，对中央空调水泵变频调速系统进行分析及设计。利用可编程控制器、模拟量扩展模块、变频器、温度传感器等代替传统再热量调节系统，实现中央空调水泵的变频调速。通过对空调出口温度进行检测，变频系统实时调节中央空调水泵转速，达到节能目的。采用变频技术控制中央空调水泵，是当前空调系统节能改造的有效途径。 关键词：中央空调，变频调速技术，可编程控制器PLC，PID
目录 1 绪论 (1) 1.1 中央空调变频调速的意义 (1) 1.2 变频调速技术介绍 (1) 1.3 本文的主要工作 (3) 2 系统原理分析及方案设计 (5) 2.1 中央空调结构原理 (5) 2.2 变频调速系统工作原理 (7) 2.3空调变频控制系统的构架 (8) 2.4总体设计方案的确定 (9) 3 系统硬件设计 (11) 3.1 可编程控制器的选型 (11) 3.1.1 可编程控制器概述 (11) 3.1.2 可编程控制器的选型 (12) 3.2 模拟量I/O模块及传感器选型 (14) 3.2.1 模拟量输入模块选型（A/D） (14) 3.2.2 模拟量输出模块选型（D/A） (17) 3.2.3 温度传感器选型 (18) 3.3 变频器的选型及参数设置 (20) 3.3.1 变频器的选型 (20) 3.3.1 变频器的参数设置 (21) 3.4 总体电路图 (23) 4 系统软件设计 (25) 4.1内存变量分配 (25) 4.2 控制系统程序设计 (27) 4.2.1 主程序设计 (27) 4.2.2 PID控制的设计及实现 (31) 4.2.3 冷却水系统循环控制及PID调节程序 (33) 4.2.4 冷冻水系统循环控制及PID调节程序 (37)
基于PLC的中央空调控制系统设计 摘要 中央空调现已广泛的应用在各大商场、办公大厦等场所中，传统控制系统中在控制较适宜的温度的同时，却消耗了大量的能量。如今，人们越来越重视中央空调的舒适性和节能性，本文重点研究了中央空调冷冻泵机组控制系统，为舒适的生活工作环境及有效节能提供了技术条件。 本文首先介绍了中央空调的结构和工作原理，总结了传统中央空调的缺点，即冷冻泵、冷却泵不能自我调节负载，长期处于满负荷运行，造成了极大的能源浪费，随着变频技术日趋成熟，利用变频器、PLC、数模转换模块、温度传感器等器件的有机结合，构成温差闭环自动控制系统，自动调节水泵的输出流量达到节能目的。该系统采用西门子的S7—200PLC作为主控制单元，利用传统PID 控制算法，通过西门子MM440 变频器控制水泵运转速度，保证系统根据实际负荷的情况调整流量，实现恒温控制，同时又可以节约大量能源。 通过对中央空调的理论分析，验证了以出回水温差为根据对其进行变流量控制的可靠性。对变频控制系统进行了设计，为实现温度信号远距离传送，设计了基于USS 协议的RS-485总线通讯的网络。通过西门子TD200 文本显示器实现人机界面的设计，最后使用MCGS 工控组态软件进行了系统的组态设计研究。 关键词中央空调；PLC；变频器；PID；RS-485 - I -
基于PLC的中央空调控制系统设计目录 摘要................................................................................................................................. I 第1章绪论 (1) 1.1 课题背景 (1) 1.2 中央空调控制的研究现状及发展 (2) 1.2.1 中央空调控制系统的发展 (2) 1.2.2 中央空调变流量控制的发展 (3) 1.3 本研究课题的主要工作 (4) 第2章中央空调变流量控制的原理 (5) 2.1 中央空调系统的结构和原理 (5) 2.1.1 概述 (5) 2.1.2 制冷原理 (5) 2.1.3 中央空调系统的构成 (5) 2.2 中央空调变流量控制的原理及特点 (5) 2.2.1 变流量空调系统概述 (5) 2.2.2 中央空调变流量控制的实现方式 (7) 2.2.3 中央空调系统变流量系统的特点 (9) 2.3 电机的软启动原理及应用 (10) 2.3.1 软启动设备介绍 (10) 2.3.2 软启动器的应用场合 (10) 2.3.3 软启动器与变频器之间的区别对比 (10) 2.4 PID控制的设计 (11) 2.4.1 PID控制原理 (11) 2.4.2 PID控制器的参数整定 (12) 2.4.3 PID的反馈逻辑 (12) 2.4.4 P、I、D参数调整原则 (13) 2.4.5 对空调系统的PID变频控制 (13) 2.4.6实现设定值的自动调节 (13) 2.4.7 PID控制器设计及实现 (13) 2.5 本章小结 (14) 第3章中央空调控制系统的硬件设计 (15) 3.1 变频器的原理 (15) 3.2 西门子MM440变频器性能介绍 (15) 3.2.1 主要特征 (16) 3.2.2 控制性能的特点 (16) 3.2.3 保护功能 (16) 3.2.4 变频器运行的环境条件 (16) 3.2.5 使用变频器设计系统时需注意的问题 (17) - II -
毕业论文 基于PLC的中央空调控制系统 摘要 Ⅰ
中央空调系统是大型建筑物不可缺少的配套设施之一，其电能的消耗非常大。由变频器、PLC构成的控制系统应用在中央空调的冷却水泵和冷凝水泵的节能改造中，使冷却水泵和冷冻水泵能随空调负荷的变化而自动变速运行，达到显著节能效果。本文介绍了中央空调的主要组成，分类以及工作原理;介绍了中央空调的控制技术的特点、结构和类型; 分析了中央空调的控制要求，给出了其设计流程图，编写了PLC 梯形图，设计中央空调的PLC 控制系统，并进行调试运行。随着变频技术的日益成熟，利用变频器、PLC、数模转换模块、温度传感器、温度模块等器件的有机结合，构成温差闭环自动控制系统，自动调节水泵的输出流量，达到节能目的提供了可靠的技术条件。 关键词：中央空凋；变频器；PLC ABSTRACT
The central air conditioning system is a large building，one of the indispensable facilities，its power consumption is very heavy．By the frequency converter，PLC control system composed of the central air conditioning cooling water pump and Condensate pump energy-saving，allowing the cooling water pump and Condensate pump can cope with changes in air conditioning load of the automatic transmission operation，to achieve significant energy savings. This paper mainly introduces the main composition of central air-conditioning,classification and working principle.It introduces the control technology of central air conditioning the characteristics, structure and type. Itanalyzes the central air conditioning control requirements, gives the design flow chart, write PLC ladder diagram, the design of central air-conditioning and PLC control system, test and operation.With the fast maturity of Frequency Conversion Technology, using organic combination of inverter, PLC, digital analog conversion module, temperature sensor and temperature module to thermoelectric closed-loop automatic control technology which can adjust output flow rate automatically to save energy. Key words：central air conditioning； convener；PLC； 目录
毕 业 设 计 课题名称 可编程的中央空调控制系统 的设计 姓 名 孙成彩 学 号 所 在 系 电子电气工程系 专业年级P10优秀论文 审核通过 未经允许 切勿外传
电气七班指导教师张德迪职称讲师 二O一三年四月十四
基于PLC的中央空调控制系统设计 摘要 中央空调现已广泛的应用在各大商场、办公大厦等场所中，传统控制系统中在控制较适宜的温度的同时，却消耗了大量的能量。如今，人们越来越重视中央空调的舒适性和节能性，本文重点研究了中央空调冷冻泵机组控制系统，为舒适的生活工作环境及有效节能提供了技术条件。 本文首先介绍了中央空调的结构和工作原理，总结了传统中央空调的缺点，即冷冻泵、冷却泵不能自我调节负载，长期处于满负荷运行，造成了极大的能源浪费，随着变频技术日趋成熟，利用变频器、PLC、数模转换模块、温度传感器等器件的有机结合，构成温差闭环自动控制系统，自动调节水泵的输出流量达到节能目的。该系统采用西门子的S7—200PLC 作为主控制单元，利用传统PID 控制算法，通过西门子MM440 变频器控制水泵运转速度，保证系统根据实际负荷的情况调整流量，实现恒温控制，同时又可以节约大量能源。 通过对中央空调的理论分析，验证了以出回水温差为根据对其进行变流量控制的可靠性。对变频控制系统进行了设计，为实现温度信号远距离传送，设计了基于USS 协议的RS-485总线通讯的网络。通过西门子TD200 文本显示器实现人机界面的设计，最后使用MCGS 工控组态软件进行了系统的组态设计研究。 关键词中央空调；PLC；变频器；PID；RS-485
基于PLC的中央空调控制系统设计目录 摘要................................................................................................................................. I 第1章绪论 (1) 1.1 课题背景 (1) 1.2 中央空调控制的研究现状及发展 (2) 1.2.1 中央空调控制系统的发展 (2) 1.2.2 中央空调变流量控制的发展 (3) 1.3 本研究课题的主要工作 (4) 第2章中央空调变流量控制的原理 (5) 2.1 中央空调系统的结构和原理 (5) 2.1.1 概述 (5) 2.1.2 制冷原理 (5) 2.1.3 中央空调系统的构成 (5) 2.2 中央空调变流量控制的原理及特点 (5) 2.2.1 变流量空调系统概述 (5) 2.2.2 中央空调变流量控制的实现方式 (7) 2.2.3 中央空调系统变流量系统的特点 (9) 2.3 电机的软启动原理及应用 (10) 2.3.1 软启动设备介绍 (10) 2.3.2 软启动器的应用场合 (10) 2.3.3 软启动器与变频器之间的区别对比 (10)
摘要 本温度控制器设计采用变频器、PLC、温度传感器等器件的有机结合，构成温差闭环自动控制系统，自动调节水泵的输出流量达到节能目的。该系统采用西门子的S7—200PLC作为主控制单元，利用传统PID控制算法，通过西门子MM440变频器控制水泵运转速度，保证系统根据实际负荷的情况调整流量，实现恒温控制，从而最大程度的解决能源浪费问题。 本设计通过采用基于USS 协议的RS-485总线通讯的网络，通过西门子TD200文本显示器实现人机界面的设计，使用MCGS工控组态软件，对系统进行理论分析。通过分析该设计，验证了该设计的可靠性，可以解决中央空调温度控制器的能源浪费问题。 关键词：中央空调温度控制器，PLC，PID，变频器
ABSTRACT This design is developed based on the combination of frequency converter, PLC, temperature sensor. It makes up a temperature difference closed-loop automatic control system and automatically adjust the output flow of pump to achieve energy saving. The system adopts the Siemens S7-200 PLC as the main control unit, using the traditional PID to control algorithm, using Siemens MM440 inverter to control of pump speed, to guarantee system adjust load flow according to actual situation. All of these will bring out constant temperature control, so as to solve the problem of energy waste to a great extent. This design use RS - 485 bus communication networks which is based on USS protocol and using the Siemens TD200 to realize the human-computer interface design, and using the software made from MCGS, to carries on the theoretical analysis to the system. Verified the reliability of the design, the design can solve the problem of central air conditioning energy waste through the analysis of the design. KEY WORDS: The central air conditioning, PLC, PID, frequency converter
基于PLC的中央空调温度控制系统设计 摘要 中央空调已经广泛应用于商用与民用建筑中，用于保持整栋建筑温度恒定。传统的设计中，无论季节、昼夜和用户负荷的怎样变化，各电机都长期固定在工频状态下全速运行，所以会造成极大的的能源浪费。 本设计采用变频器、PLC、温度传感器等器件的有机结合，构成温差闭环自动控制系统，自动调节水泵的输出流量达到节能目的。该系统采用西门子的S7—200PLC作为主控制单元，利用传统PID控制算法，通过西门子MM440变频器控制水泵运转速度，保证系统根据实际负荷的情况调整流量，实现恒温控制，从而最大程度的解决能源浪费问题。 本设计通过采用基于USS 协议的RS-485总线通讯的网络，通过西门子TD200文本显示器实现人机界面的设计，使用MCGS工控组态软件，对系统进行理论分析。通过分析该设计，验证了该设计的可靠性，可以解决中央空调的能源浪费问题。 关键词：中央空调，PLC，PID，变频器
ABSTRACT The central air conditioning has been widely used in commercial and civil buildings, which are used to maintain constant temperature of the building. In traditional design, regardless of the season, day and night, and how the user load changes, the motor is fixed to run at full speed for a long time in the condition of power frequency. It will cause great waste of energy. This design is developed based on the combination of frequency converter, PLC, temperature sensor. It makes up a temperature difference closed-loop automatic control system and automatically adjust the output flow of pump to achieve energy saving. The system adopts the Siemens S7-200 PLC as the main control unit, using the traditional PID to control algorithm, using Siemens MM440 inverter to control of pump speed, to guarantee system adjust load flow according to actual situation. All of these will bring out constant temperature control, so as to solve the problem of energy waste to a great extent. This design use RS - 485 bus communication networks which is based on USS protocol and using the Siemens TD200 to realize the human-computer interface design, and using the software made from MCGS, to carries on the theoretical analysis to the system. Verified the reliability of the design, the design can solve the problem of central air conditioning energy waste through the analysis of the design. KEY WORDS: The central air conditioning, PLC, PID, frequency converter
基于plc的中央空调自动控制系统设计 摘要 中央空调系统是现代大型建筑物不可缺少的配套设施之一，电能的消耗非常大，约占建筑物总电能消耗的50%。通常中央空调系统中冷冻主机的负荷能随季节气温变化自动调节负载，而与冷冻主机相匹配的冷冻泵、冷却泵却不能自动调节负载，几乎长期在100%负载下运行，造成了能量的极大浪费，也恶化了中央空调的运行环境和运行质量。本文首先介绍了中央空调的结构和工作原理，然后采用西门子的S7—200PLC作为主控制单元，利用传统PID控制算法，通过西门子MM440 变频器控制水泵运转速度，保证系统根据实际负荷的情况调整流量，实现恒温控制，同时又可以节约大量能源。 关键词：PLC；中央空调；控制
Design of automatic control system for central air conditioning system based on PLC Abstract The central air conditioning system is one of the necessary supporting facilities of modern large-scale buildings. The consumption of electric energy is very large, which accounts for about 50% of the total energy consumption. The frozen host usually in the central air-conditioning system load can automatically according to the change of temperature and load regulation, refrigeration pump and cooling pump matched with the frozen host can automatically adjust the load, almost run 100% under load operation, resulting in a great waste of energy, but also worsen the operation environment and operation quality of Central air conditioning. This paper first introduces the structure and working principle of central air conditioning, then use SIEMENS S7 200PLC as the main control unit, using the traditional PID control algorithm, through the SIEMENS MM440 inverter control pumpspeed ensure system according to the actual situation to adjust load flow, realize constant temperature control, but also can save a lot of energy. Key words：PLC; central air conditioning; control
基于PLC的中央空调控制系统 1 绪论 1.1 中央空调系统简介 中央空调概念：空气调节（简称空调），就是把经过一定处理后的空气，以一定的方式送入室内，使室内的温度、相对湿度、清洁度和流动速度等控制在适当的范围内以满足生活舒适和生产工艺需要的一种专门技术。中央空调系统是由一台主机（或一套制冷系统或供风系统）通过风道送风或冷热水源带动多个末端的方式，来达到室内空气调节的目的的空调系统。 1.2中央空调发展 今天，我们的生活当中已经离不开空调了，各种新型空调还在不断涌现。空调从诞生发展到今天，从简单的空调扇到传统的制冷空调，再到今天节能化、智能化的超空调时代，已经走过了百余年的历程。 1902年，美国人威利斯·开利设计了第一个空调系统，1906年他以“空气处理装置”为名申请了美国专利。开利的发明缘于一个印刷作坊，印刷机由于空气温度与湿度的变化使得纸张伸缩不定，油彩对位不准，印出来的东西模模糊糊。为此开利打开了空调机商业化之门。1922年开利工程公司研制成功在空调史上具有里程碑地位的产品——离心式空调机，简称离心机。离心机最大的特点是效率高，这为大空间调节空气打开了大门。 80年代初期，变频空调技术在日本开始运用。1982年，日本生产了第一台交流变频空调。变频空调是在普通空调的基础上选用了变频专用压缩机，增加了变频控制系统的空调。它的基本结构和制冷原理和普通空调完全相同。传统空调压缩机依靠其不断地“开、停”来调整室内温度，其一开一停之间容易造成室温忽冷忽热，并消耗较多电能。变频空调的主机是自动进行无级变速的，它可以根据房间情况自动提供所需的冷（热）量；当室内温度达到期望值后，空凋主机则以能够准确保持这一温度的恒定速度运转，实现“不停机运转”，从而保证环境温度的稳定。变频空调具有节能、噪音低、温控精度高、调温速度快、电压要求低、环境温度要求低等特点。
二〇一四年十一月 基于PLC的中央空调控制器的现状分析及发展展望 摘要：随着人们生活水平的不断提高，空调已经作为一种必备实用的家庭电器进入千家万户。中央空调更是凭借她优越的节能性深受大众喜欢，目前大型商场、医院、大型娱乐场所等地方中央空调随处可见，方便控制，价格低廉，性能优越会使它越来越普及。直至今日，可编程控制器PLC在我国飞速普及和发展，我们已经能把PLC与中央空调系统联系起来。本文就是主要介绍基于PLC的中央空调的现状分析及发展展望。 关键词：中央空调控制器PLC 现状发展 1.课题背景 随着国民经济的发展和人民生活水平的日益提高，为了保证温度恒定，中央空调系统已广泛应用于工业与民用建筑领域，例如酒店、宾馆、办公大厦、商场、工厂厂房等场所。随着时间的推移，人们对中央空调控制系统运行效果的评价也改变了。舒适节能才是最符合人们对中央空调系统提出新的要求，希望在能耗更低的情况下保持室内合适的温度、湿度。 统计数字显示，传统的中央空调控制系统耗电量极大，且存在巨大的能源浪费。中央空调系统普遍存在着30％以上的无效能耗，有些中央空调系统的无效能耗甚至可以高达50％以上。采用新技术降低系统能耗成为当务之急。因为能源是发展国民经济的重要因素，我国近年来能源短缺的现实，节能减排才是重中之重。建设节能型社会，促进经济可持续发展，是实现全面建设小康社会宏伟目标，构建和谐社会的重要基础保障[1]。 在传统的设计中，中央空调的制冷机组、冷冻水循环系统、冷却水循环系统、冷却塔风机系统、风机盘管系统等都是按照建筑物最大负荷制定的，且留有充足
余量。不管在什么时间，负荷的多少，各电机都长期处在工频状态下全速运行，虽然可满足最大的用户负荷，但不具备随用户负荷动态调节的功能，而在大多数时间里，用户负荷是较低的，这样就造成很大的能源浪费。有个例子可以很好的说明这些，中央空调系统中的冷冻水泵和冷却水泵，一年四季长期在固定的最大流量下工作，但由于季节、昼夜和用户负荷的变化，在绝大部分时间内，空调的实际热负载与决定水泵流量和压力的最大设计负载相比，一年中负载率在50％以下的小时数约占全部运行时间的60%以上。一般冷冻水设计温差为5～7℃，冷却水的设计温差为4～5℃，在系统流量固定的情况下，全年绝大部分运行时间温差仅为1～3℃，即在低温差、大流量情况下工作，从而增加了管路系统的能量损失，严重浪费了水泵运行的输送能量。也就是说，中央空调系统存在着少30％以上的节能空间。这至少30%的节能空间来源于很多方面： 第一，负荷估算值偏大，系统消耗能量大大增加，现在的新型制冷主机可以根据负载的变化自动加载、卸载，而水泵的流量却不能随制冷主机而调节，必然存在很大的能量浪费；除此之外，每年的气象条件是随季节呈周期性的变化的，系统并不能做出相应的调节，许多环节上都留有节能空间。 第二，空调主机选型容量加大，在冷负荷估算值加大后，空调主机制冷量也相应的加大。 第三，水系统中通过节流阀或调节阀来调节流量、压力，冷冻水系统和冷却水系统中消耗了水泵较大的输送能量。在传统的运行方式下，只要启动水泵，就会在工频满负荷状态下运行。 第四，起停频繁对设备长期安全运行带来不利影响。起动电流通常为额定值的5倍左右，电机在如此大的电流冲击下，进行频繁的起停，对电机、接触器触点产生电弧冲击，也会给电网带来一定冲击，起动时带来的机械冲击和停止时的承重现象也会对机械传动、轴承、阀门等造成疲劳损伤。 为此，如果能通过冷冻水供回水温度、压差，冷却水泵的流量等工艺参数进
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基于plc的中央空调自动控制系统设计 摘要 中央空调系统是现代大型建筑物不可缺少的配套设施之一,电能的消耗非常大，约占建筑物总电能消耗的50%。通常中央空调系统中冷冻主机的负荷能随季节气温变化自动调节负载，而与冷冻主机相匹配的冷冻泵、冷却泵却不能自动调节负载,几乎长期在100％负载下运行,造成了能量的极大浪费，也恶化了中央空调的运行环境和运行质量。本文首先介绍了中央空调的结构和工作原理，然后采用西门子的S7—200PLC 作为主控制单元,利用传统PID控制算法,通过西门子MM440 变频器控制水泵运转速度，保证系统根据实际负荷的情况调整流量，实现恒温控制，同时又可以节约大量能源。 关键词：PLC;中央空调;控制
Design of automatic control system for central air conditioning system based on PLC Abstract The central air conditioning system is one of the necessary supporting facilities of modern large-scale buildings. The consumption of electric energy is very large, which accounts for about 50% of the total energy consumption. The frozen host usually in the central air-conditioning system load can automatically according to the change of temperature and load regulation, refrigeration pump and cooling pump matched with the frozen host can automatically adjust the load, almost run 100％under load operation, resulting in a great waste of energy， but also worsen the operation environment and operation quality of Central air conditioning. This paper first introduces the structure and working principle of central air conditioning, then use SIEMENS S7 200PLC as the main control unit， using the traditional PID control algorithm, through the SIEMENS MM440 inverter control pumpspeed ensure system according to the actual situation to adjust load flow, realize constant temperature control， but also can save a lot of energy。 Key words：PLC； central air conditioning; control